第3章执行元件概要.ppt

1、第3章 执行元件,2020/7/17,1,要点概述,本章第一节和第二节主要介绍了可实现直线运动的单作用或双作用液压缸与气缸的几种形式，并介绍了利用大气压差实现平面固定的真空吸盘；第三节、第四节、第五节介绍了可以实现有限回转运动的摆动气马达与液压马达；以及可以实现连续回转运动的旋转液马达及气马达；第六节介绍了（机）电、气、液等执行元件的结构、特点及使用方法。 在液压与气动自动化系统中，液压与气动执行元件是一种将液压油或压缩空气的压力能转化为机械能，从而实现直线、摆动或连续旋转运动的传动装置。,2020/7/17,2,3.1 液压缸 3.1.1 普通液压缸,在液压控制系统中，液压缸是一种将液压油的

2、压力能转化为机械能，从而实现直线运动的传动装置。 普通液压缸（活塞缸）是指在具有前后端盖的缸筒内只有一个活塞和一根活塞杆的液压缸。 1.工作原理 （1）双作用式液压缸,2020/7/17,3,3.1.1 普通液压缸,（2）单作用液压缸,2020/7/17,4,3.1.1 普通液压缸,2020/7/17,5,3.1.1 普通液压缸,2020/7/17,6,3.1.1 普通液压缸,2.结构特点 （1) 缸筒 缸筒是液压缸的壳体，缸筒的内筒表面由于和活塞接触必须要有一定的硬度，用以抗活塞运动的磨损。缸筒一般由无缝管制造或铸造加工成型，钢质筒内表面需镀铬珩磨，铝合金筒内表面需硬质阳极氧化处理。 （2)

3、活塞杆 活塞杆是用来传递力的重要零件，要求能承受拉伸、压缩、振动等负载力，表面要光洁耐磨，不发生锈蚀。活塞杆材料一般选用35或45碳钢，表面镀铬及调质热处理。也可用不锈钢材料制造。,2020/7/17,7,3.1.1 普通液压缸,（3)活塞 活塞具有足够的强度和良好的滑动特性。 活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞宽度越小，液压缸总长就越短。 从使用上讲，活塞的活动面小容易引起早期磨损，如“咬缸”现象。一般对标准液压缸而言，活塞宽度约为缸径的2025，该值要综合考虑使用条件，由活塞与缸筒、活塞杆与导向套的间隙尺寸等因素来决定。对液压缸用的活塞主要考虑其滑动性能和耐磨性

4、能，不允许发生“咬缸”现象。,2020/7/17,8,3.1.1 普通液压缸,（4)导向套 导向套用作活塞杆往复运动时的导向。因此，与对活塞的要求一样，要求导向套具有良好的滑动性能，能承受由于活塞杆受重载时引起的弯曲变形和振动冲击。同时在粉尘等杂物进入活塞杆和导向套之间的间隙时，要求活塞杆表面不被划伤，具有软硬配合特性。导向套一般采用聚四氟乙烯和其它的合成树脂材料。,2020/7/17,9,3.1.1 普通液压缸,3.密封 液压缸的结合部位不同，其密封条件也不同，要根据配合特点合理选择密封形式。 （1）缸盖与缸筒连接的密封：O形密封或平面密封。 （2）活塞的密封：O形密封或唇形密封圈或W形密封

5、。 （3）活塞杆的密封：唇形圈和防尘圈或防尘组合圈。 （4）缓冲密封：有两种方法，一种是采用孔用唇形圈安装在缓冲柱塞上；另一种是采用缓冲专用密封圈，它使用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一体结构，压配在缸盖上作缓冲密封圈。,2020/7/17,10,3.1.1液压缸,4.选择及使用注意事项 （1）选用液压缸时，首先需要考虑行程及安装空间，再根据系统油路的最高压力来确定液压缸的缸筒内径及活塞杆直径，从样本手册中选择符合要求的液压缸。 （2）安装液压缸之前需要仔细核对名牌上的参数是否和选用液压缸一致。安装时要做到工作可靠，检修方便。 （3）在高温环境下工作时，可以选择耐高温液压缸或者采取耐高温措施；在较恶

6、劣的粉尘环境下使用，可考虑在液压缸外加防尘装置。,2020/7/17,11,3.1.1液压缸,（4）液压缸接入系统时，必须先清除掉管道内的杂质，防止侵入液压缸。 （5）液压缸使用时，需要定期进行维护，检查各部位有无异常，各连接部位是否有松动等。 （6）液压缸应存放在干燥、通风良好的环境中，要防止空气凝结给液压缸工作带来不利的影响。如果活塞杆外露需要采取相应措施防止腐蚀，并进行防尘保护。久置不用时需要在液压缸内部填充相应的工作介质。,2020/7/17,12,3.1.2伸缩缸,伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持

7、很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。,2020/7/17,13,3.1.3 液压增压缸,增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压。它有单作用和双作用两种形式，,2020/7/17,14,3.1.4 液压柱塞缸,柱塞式液压缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和固定密封圈压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此，缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。柱塞式液压缸是单作用的，它的回程需要借助自重或弹簧等其他外力来完成，如果要获得双向运动，可将两个柱塞式液压缸成对使用。柱塞端面A的大小取决于输出推力和速度。 柱塞式液压缸结构简单，制造方便，常用于工作行程

8、较长的场合，如大型拉床、矿用液压支架等。,2020/7/17,15,3.2 气缸3.2.1 普通气缸,气缸与液压缸在结构和原理上基本相同，只是传动介质不同，工作压力不同，加工精度不同，密封方式有一定区别。 1.结构组成 普通气缸的结构与普通液压缸的结构相同。 2选择和使用注意事项 （1）选择：要根据气缸的工作条件（工作压力范围、工作介质温度、环境条件(温度等)以及润滑条件）合理选择气缸参数。,2020/7/17,16,3.2.1 普通气缸,根据对气缸的工作要求，首先选定气缸的规格、缸径和行程。 根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力并有一定余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工

9、作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。 同时要考虑气缸工作的环境条件(温度、粉尘、腐蚀性等)、安装方式、活塞杆的连接方式(内外螺纹、球铰等)及行程到位检测的方式方法等。,2020/7/17,17,3.2.1 普通气缸,（2）使用注意事项 1）安装方式 在气缸的安装方式上要做到工作可靠、检修方便。 2）安全规范 容积超过450L或使用的工作压力超过1.0MPa的气缸，都应作为压力容器处理。气缸使用前应检查各安装连接点有无松动。操纵上应考虑安全连锁。 进行顺序控制时，应检查气缸的工作位置。为防止发生故障应设紧急停止装置。工作结束，气缸内部的压缩空气应予以排放。 3）

10、工作环境,2020/7/17,18,3.2.1 普通气缸,环境温度。通常规定气缸的工作温度为560。气缸在5以下使用，有时会因压缩空气中所含的水分凝结给气缸动作带来不利影响。此时，要求空气的露点温度低于环境温度5以下，防止空气中的水蒸气凝结。同时要考虑在低温下使用的密封件和润滑油。另外，在低温环境中的空气会在活塞杆上冻结。若气缸动作频度较低时，可在活塞杆上涂上润滑脂，防止活塞杆上结冰。 在高温使用时，可选用耐高温气缸或采取耐高温措施，同时注意高温空气对行程开关、管件及换向阀的影响。 润滑。气缸通常采用油雾润滑，应选用推荐的润滑油，使密封圈不产生膨胀、收缩的影响，且与空气中的水分混合不产生乳化。

11、,2020/7/17,19,3.2.1 普通气缸,接管。气缸接入管道前，必须清除管道内的脏物，防止杂物进入气缸。 4）维护保养（常识性） 使用中应定期检查气缸各部位有无异常现象，各连接部位有无松动等，轴销、耳环式安装的气缸活动部位要定期加润滑油。 气缸检修后重新装配时，零件必须清洗干净，特别要防止密封圈剪切损坏，注意唇形密封圈的安装方向。 气缸拆下长时间不使用时，所有加工表面应涂防锈油，进排气口加防尘堵塞。,2020/7/17,20,3.2.2 开关气缸,开关气缸是带磁性接近开关气缸的简称，它是一种在气缸的活塞上设有永久磁环，利用直接安装在缸筒上的行程检测开关来检测气缸两端活塞伸缩位置的气缸，

12、,2020/7/17,21,3.2.3 气-液阻尼缸,把气缸与液压缸串联组合起来构成气-液阻尼缸，将两个缸筒用活塞分成两个腔体并用活塞杆串联起来形成联动活塞，两端腔体为双作用进气端，两个缸筒的内部腔体通过节流阀连通形成液压阻尼控制，使一个腔体容量的液压油在压缩空气推动活塞作用下，在两个腔体内互换。,2020/7/17,22,3.2.4 气-液增压缸,利用大小气缸的活塞面积不相等，进行合理的串联组合，根据力平衡原理，可由小活塞端输出高压气体（或高压液体）。,2020/7/17,23,3.2.5 无杆气缸,无杆气缸是指利用活塞直接或间接方式连接外界执行机构，使其跟随活塞实现往复运动的气缸。这种气缸

13、的最大优点是节省安装空间。 （1）磁性无杆气缸 活塞通过磁力带动缸体外部的移动体做同步移动的称磁性无杆气缸。 （2）机械接触式无杆气缸 机械接触式无杆气缸是在气缸缸管轴向开设一条形槽，使活塞通过条形槽直接与槽外的滑块连接，实现活塞与滑块同步移动。,2020/7/17,24,3.2.6 柱塞式气缸,（1）柱塞式气缸 柱塞式气缸是一种单作用气缸，压缩空气只能使柱塞向一个方向运动，而借助外力或重力复位。 （2）活塞式气缸 普通气缸等都属于活塞式气缸。 （3）薄膜式气缸 薄膜式气缸是以膜片代替活塞的气缸，即为薄膜式气缸，属于短行程气缸。具有单向作用和双向作用两种形式；单向作用是借助弹簧力复位；行程短；

14、结构简单，缸体内壁不须加工；须按行程比例增大直径。双向作用是用压缩空气复位。,2020/7/17,25,3.2.7 双活塞气缸,两个气缸对称安装，两个活塞同时向相反方向运动。 一般为双作用气缸，两进出气端也采用并联连接。,2020/7/17,26,3.2.8 真空吸盘,真空吸盘是真空系统中的执行元件，也是气缸的唯一一种特殊工作形式和结构变形，就是将无杆腔的端盖去掉，通过软性环形密封圈形成吸盘，能利用工件具有的光滑且平整的表面将其吸起并保持住，柔软又有弹性的吸盘能与工件平面紧密接触并保持密封状态，更不会损坏工件，利用吸盘和工件平面形成的内部真空，使工件在大气压的作用下与吸盘内测形成压力差，从而保

15、证在大气作用下的接触面承受的压力能将工件与吸盘牢牢吸引，并使工件能跟随吸盘运动。,2020/7/17,27,3.2.8 真空吸盘,吸盘吸起工件原理,2020/7/17,28,3.3 液压摆动马达,在液压系统中，液压马达是一种将液压油的压力能转化为机械能，从而实现有限回转（摆动）运动的传动装置。 摆动液马达是一种在特定角度范围内（一般小于360）作往复摆动的液压执行元件。它将压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。常用的摆动液马达的最大摆动角度分别为90、180、270等三种规格。 摆动液马达按结构特点分为叶片式、齿轮齿条式、螺杆式等。其中，除叶片式外，都带有缸和转换为回转运动的传动机构

16、。,2020/7/17,29,3.3.1 叶片式摆动液马达,叶片式摆动液马达具有结构紧凑、工作效率高等特点，常用于工件的翻转、分类、夹紧等作业，也用作液压机械手的指腕关节部分，用途十分广泛。 叶片式摆动液马达可分为单叶片和双叶片两种。单叶片输出轴转角小于360；双叶片输出轴转角小于180。,2020/7/17,30,3.3.2 螺杆式摆动液马达,由筒体、端盖、轴端限位凸台的螺杆、内螺纹活塞、活塞回转限位导槽等部分组成。,2020/7/17,31,3.3.3 齿轮齿条式摆动液马达,齿轮齿条式摆动液马达有单齿轮和双齿轮两种。由两个液压缸并联共同带动双齿条来驱动两个齿轮相向回转，使液压缸的直线运动转

17、换成了齿轮的有限回转运动。 单齿轮式摆动液马达由齿轮、齿条、活塞、缓冲装置、缸盖及缸体等组成。,2020/7/17,32,3.4 液压旋转马达,在液压系统中，旋转马达是一种将流体压力能转化为机械能，从而实现旋转运动的执行元件，也是一种传动装置。 旋转马达的轴端输出的是连续转矩，轴可以实现连续回转，旋转马达常见的有叶片式和活塞式两种。一般活塞式比叶片式转矩大，叶片式比活塞式转速高；叶片式的叶片与定子间的密封比较困难，因而低速时效率不高，叶片式液压马达一般可作为大型阀的开闭驱动机构。活塞式液压马达是通过多活塞连杆机构实现曲轴的转动进而驱动齿轮齿条来带动负荷运动。旋转液压马达通过控制驱动流体的流量就

18、可以调节转速的高低和功率的大小，从而可以实现无级调速和过载保护功能。,2020/7/17,33,3.4.1 叶片式旋转液压马达,叶片式液压动马达主要由转子、定子、叶片、前后端盖等组成。 叶片式液压马达多数可双向回转，有正反转性能不同和正反转性能相同两类。 叶片式液压马达的特点是把液体的压力能转换为旋转形式机械能的装置，安装方便，特别适用于防暴的工作场所。只要控制阀的流量和压力，就能实现无级调速和过载保护作用。,2020/7/17,34,3.4.2 活塞式旋转液马达,活塞式液压马达主要由连杆、曲轴、活塞、液压缸、机体、配油阀等组成。,2020/7/17,35,3.5 气马达3.5.1 摆动式气马

19、达,气马达和液压马达的种类及作用原理相同，因此，气马达包括旋转气马达和摆动气马达。由于马达和泵是互为可逆的作用元件，因此，液压泵和气泵的种类与液马达和气马达的种类具有相同性，而作用原理是可逆的。,2020/7/17,36,3.5.2 旋转气马达,同样旋转气马达和旋转液马达原理结构相同，其种类包括齿轮式、叶片式、柱塞式。,2020/7/17,37,3.6 执行元件的应用特点3.6.1 气动与液压执行元件的特点,与液压执行元件相比，气动执行元件的运动速度快，工作压力低。工作的环境温度范围较宽，一般可在20+80(耐高温的可达+150)的环境下正常工作。 相对机械传动来说气动执行元件的结构简单，制造成本低，维修方便，便于调节，可以大大节省现场装配、调整时间，另一方面由于各元件动作的直观性强，其现场操作无需配套各种经过专门培训的技术人员。,2020/7/17,38,3.6 执行元件的应用特点3.6.1 气动与液压执行元件的特点,由于气体的可压缩形式，气动执行元件在速度控制、抗负载影响等方面的性能劣于液压执行元件。当需要精确地控制运动速度，减小负载变化对运动影响时，常需要借助于气动